一种比例积分调节电路及用电设备的制作方法

本发明属于核电站自动控制技术领域，尤其涉及一种比例积分调节电路及用电设备。

背景技术：

目前，核电站的逻辑控制系统所采用的比例积分调节电路，包含了较多的短寿命元器件，其中包括电解电容、二极管、继电器接点类、高功率设备电源、热点端子以及保险丝等，使得比例积分调节电路所用到的元器件繁多，造成电路结构冗余，使得比例积分调节电路反应不灵敏，同时由于所用的元器件寿命短，使电路容易出现故障，使设备不能安全稳定运行；此外，由于传统的比例积分调节电路只有一个输入端，只能进行单端调节，即从参考端积分到电源端，使得调节不灵活，难以满足实际需求。

因此，传统的技术方案中存在的比例积分调节电路只能进行单端调节而导致调节不灵活的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种比例积分调节电路及用电设备，旨在解决传统的技术方案中存在的比例积分调节电路只能进行单端调节而导致调节不灵活的问题。

本发明是这样实现的，一种比例积分调节电路，包括：

用于接入正向输入信号和反向输入信号以生成偏差信号的偏压输入模块；

与所述偏压输入模块连接，用于对所述偏差信号进行比例运算以生成偏差调节信号的比例运算模块；

与所述比例运算模块连接，用于对所述偏差调节信号进行积分运算以生成积分对称信号的积分运算模块；及

与所述积分运算模块连接，用于根据阈值电压对所述积分对称信号钳位在设定区间内的限幅模块。

此外，还提供了一种电设备，包括上述的比例积分调节电路。

上述的比例积分调节电路，通过偏压输入模块接入正向输入信号和反向输入信号以生成偏差信号，使比例运算模块对偏差信号进行比例运算以生成偏差调节信号，从而使积分运算模块对偏差调节信号进行积分运算以生成积分对称信号，同时还设置了限幅模块根据阈值电压对积分对称信号钳位在设定区间内，可以输入两个阈值，从而可以实现从设定值的两端开始积分调节，避免了单端调节只能从设定的参考点开始积分，提高了自动控制调节的灵活性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的比例积分调节电路的模块示意图；

图2为本发明另一实施例提供的比例积分调节电路的模块示意图；

图3为本发明另一实施例提供的比例积分调节电路的模块示意图；

图4为本发明一实施例提供的比例积分调节电路的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明较佳实施例提供的比例积分调节电路的模块示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

参考图1，比例积分调节电路，包括：偏压输入模块10、比例运算模块20、积分运算模块30以及限幅模块40。

其中，偏压输入模块10用于接入正向输入信号和反向输入信号以生成偏差信号；比例运算模块20与偏压输入模块10连接，用于对偏差信号进行比例运算以生成偏差调节信号；积分运算模块30与比例运算模块20连接，用于对偏差调节信号进行积分运算以生成积分对称信号；限幅模块40与积分运算模块30连接，用于根据阈值电压对积分对称信号钳位在设定区间内。在具体的实施例中，限幅模块40具体用于：当积分对称信号高于最大阈值电压时，用于根据最大阈值电压对积分对称信号钳位在设定区间内；当积分对称信号低于最小阈值电压时，根据最小阈值电压对积分对称信号钳位在设定区间内。正向输入信号和反向输入信号具体指的是方向相反的两个信号。积分对称信号指的是差分信号，如：±2v。

在本实施例中，通过偏压输入模块10接入正向输入信号和反向输入信号以生成偏差信号，使比例运算模块20对偏差信号进行比例运算以生成偏差调节信号，从而使积分运算模块30对偏差调节信号进行积分运算以生成积分对称信号，同时还设置了限幅模块40根据阈值电压对积分对称信号钳位在设定区间内，可以输入两个阈值，从而可以实现从设定值的两端开始积分调节，避免了单端调节只能从设定的参考点开始积分，提高了自动控制调节的灵活性。

在其中一个实施例中，参考图2，比例积分调节电路还包括输出偏置模块50，该输出偏置模块50与积分运算模块30连接，用于将积分对称信号转换为标准信号。本实施例的输出偏置模块50可以实现将积分对称信号转换为标准信号，以供满足不同的控制系统的需求。

在其中一个实施例中，参考图3，比例积分调节电路还包括跟随模块60，该跟随模块60与积分运算模块30连接，用于根据外部参数信号生成跟随控制信号，使积分运算模块30根据跟随控制信号和偏差调节信号进行积分运算以生成积分对称信号。本实施例的跟随模块60可以实现从外部手动输入参数信号，使比例积分调节电路能够保留直流特性和交流积分特性。

在其中一个实施例中，参考图4，偏压输入模块10包括：第一比较器a1、第二比较器a2、第一电位器p1、第一电容c1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13以及第十四电阻r14；第一电阻r1的第一端为偏压输入模块10的第一输入端并接入正向输入信号，第十电阻r10的第一端为偏压输入模块10的第二输入端并接入反向输入信号，第一电阻r1的第二端、第五电阻r5的第一端以及第十一电阻r11的第一端共接，第五电阻r5的第二端与第一比较器a1的同相输入端连接，第二电阻r2的第一端为偏压输入模块10的第三输入端并接入电压信号，第二电阻r2的第二端、第一电容c1的第一端以及第三电阻r3的第一端共接，第三电阻r3的第二端连接地，第一电容c1的第二端与第四电阻r4的第一端连接，第四电阻r4的第二端和第一电位器p1的控制端共接至第一比较器a1的反相输入端，第一电位器p1的第一端与第六电阻r6的第一端连接，第六电阻r6的第二端连接地，第一电位器p1的第二端与第七电阻r7的第一端连接，第七电阻r7的第二端和第一比较器a1的输出端共接至第九电阻r9的第一端，第九电阻r9的第二端和第十四电阻r14的第一端共接至第二比较器a2的反相输入端，第十电阻r10的第二端、第十一电阻r11的第二端以及第八电阻r8的第一端共接，第八电阻r8的第二端与第二比较器a2的同相输入端连接，第二比较器a2的输出端与第十二电阻r12第一端连接，第十二电阻r12的第二端与第十三电阻r13的第一端连接，第十三电阻r13的第二端和第十四电阻r14的第二端共接作为偏压输入模块10的输出端。本实施例的偏压输入模块10可以实现接入两个方向相反的输入信号生成偏差信号，以使比例积分调节电路能够实现双端调节，提高了积分调节的灵活性；并且在手动调节时，由于正向输入信号和反向输入信号经过滤波的阻容后才输入到第一比较器a1和第二比较器a2，故实现了手动调节的无扰动。

在其中一个实施例中，参考图4，比例运算模块20包括：第三比较器a3、第一开关k1、第二开关k2、第二电位器、第三电位器、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17、第十八电阻r18、第十九电阻r19、第二十电阻r20、第二十一电阻r21以及第二十二电阻r22；第一开关k1的动触点为比例运算模块20的第一输入端，第一开关k1的常开触点与偏压输入模块10的输出端连接，第一开关k1的常闭触点与第二开关k2的动触点连接，第二开关k2的常闭触点与第二十电阻r20的第一端连接，第二开关k2的第一常开触点与第二十一电阻r21的第一端连接，第二开关k2的第二常开触点与第二十二电阻r22的第一端连接，第二十电阻r20的第二端、第二十一电阻r21的第二端、第二十二电阻r22的第二端、第十六电阻r16的第一端以及第十九电阻r19的第一端共接，第十九电阻r19的第二端与第二电位器的控制端连接，第二电位器的第一端、第三电位器的控制端以及第三电位器的第一端共接，第三电位器的第二端连接地，第十六电阻r16的第二端与第三比较器a3的反相输入端连接，第十五电阻r15的第一端和第三比较器a3的同相输入端共接构成比例运算模块20的第二输入端，第十五电阻r15的第二端连接地，第三比较器a3的输出端与第十七电阻r17的第一端连接，第十七电阻r17的第二端与第十八电阻r18的第一端连接，第十八电阻r18的第二端与第二电位器的第二端共接构成比例运算模块20的输出端。本实施例的比例运算模块20可以实现对偏差信号进行比例调节，以使比例积分调节电路具有比例调节功能。

在其中一个实施例中，参考图4，积分运算模块30包括：第四比较器a4、第三开关k3、第一场效应管q1、第二场效应管q2、第三电容c3、第四电容c4、第四电位器p4、第二十三电阻r23、第二十四电阻r24、第二十五电阻r25、第二十六电阻r26、第二十七电阻r27、第二十八电阻r28、第二十九电阻r29、第三十电阻r30、第三十一电阻r31以及第三十二电阻r32；第二十三电阻r23的第一端与第三电容c3的第一端共接构成积分运算模块30的输入端，第二十三电阻r23的第二端、第二十四电阻r24的第一端以及第三十电阻r30的第一端共接，第三电容c3的第二端和第三十电阻r30的第二端共接至第一场效应管q1的栅极，第二十四电阻r24的第二端与第四电位器p4的第一端连接，第四电位器p4的控制端、第二十五电阻r25的第一端以及第二十六电阻r26的第一端共接，第二十五电阻r25的第二端和第四电位器p4的第二端共接于地，第二十六电阻r26的第二端、第二十七电阻r27的第一端、第二十八电阻r28的第一端以及第二十九电阻r29的第一端共接，第二十七电阻r27的第二端与第三开关k3的第一常开触点连接，第二十八电阻r28的第二端与第三开关k3的第二常开触点连接，第二十九电阻r29的第二端与第三开关k3的常闭触点连接，第三开关k3的动触点、第二场效应管q2的栅极以及第四电容c4的第一端共接，第一场效应管q1的漏极与第二场效应管q2的源极连接，第一场效应管q1的源极与第四比较器a4的同相输入端连接，第二场效应管q2的漏极与第四比较器a4的反相输入端连接，第四比较器a4的输出端与第三十一电阻r31的第一端连接，第三十一电阻r31的第二端与第三十二电阻r32第一端连接，第三十二电阻r32的第二端和第四电容c4的第二端共接构成积分运算模块30的输出端。

在其中一个实施例中，参考图4，限幅模块40包括：第五比较器a5、第六比较器a6、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第五电位器p5、第五电容c5、第六电容c6、第三十三电阻r33、第三十四电阻r34、第三十五电阻r35、第三十六电阻r36、第三十七电阻r37、第三十八电阻r38、第三十九电阻r39、第四十电阻r40、第四十一电阻r41、第四十二电阻r42以及第四十三电阻r43；第三十三电阻r33的第一端和第四十电阻r40的第一端共接作为限幅模块40的第一输入端并与积分运算模块30的输出端连接，第三十三电阻r33的第二端与第五比较器a5的同相输入端连接，第三十四电阻r34的第一端为限幅模块40的第二输入端，第三十四电阻r34的第二端与第三十五电阻r35的第一端连接，第三十五电阻r35的第二端、第五电容c5的第一端以及第三十六电阻r36的第一端共接至第五比较器a5的反相输入端，第五电容c5的第二端、第一二极管d1的阳极以及第五比较器a5的输出端共接，第四十电阻r40的第二端与第六比较器a6的同相输入端连接，第四十一电阻r41的第一端为限幅模块40的第三输入端，第四十一电阻r41的第二端与第四十二电阻r42的第一端连接，第四十二电阻r42的第二端、第六电容c6的第一端以及第四十三电阻r43的第一端共接至第六比较器a6的反相输入端，第六电容c6的第二端、第三二极管d3的阴极以及第六比较器a6的输出端共接，第四十三电阻r43的第二端、第三十六电阻r36的第二端以及第五电位器p5的控制端共接，第五电位器p5的第一端与第三十七电阻r37的第一端连接，第三十七电阻r37的第二端与第二二极管d2的阴极共接于地，第五电位器p5的第二端与第三十八电阻r38的第一端连接，第三十八电阻r38的第二端、第三十九电阻r39的第一端以及第二二极管d2的阳极共接，第三十九电阻r39的第二端接入电源信号，第一二极管d1的阴极和第三二极管d3的阳极共接构成限幅模块40的输出端。本实施例的限幅模块40可以实现将积分对称信号进行高限幅和低限幅处理，以使积分对称信号钳位在设定值以内。

在其中一个实施例中，参考图4，输出偏置模块50包括：第七比较器a7、第一稳压管zd1、第六电位器p6、第四十四电阻r44、第四十五电阻r45、第四十六电阻r46、第四十七电阻r47、第四十八电阻r48、第四十九电阻r49、第五十电阻r50、第五十一电阻r51以及第五十二电阻r52；第四十四电阻r44的第一端为输出偏置模块50的输入端，第四十四电阻r44的第二端和第四十九电阻r49的第一端共接至第七比较器a7的同相输入端，第四十九电阻r49的第二端与第六电位器p6的控制端连接，第六电位器p6的第一端与第四十六电阻r46的第一端连接，第四十六电阻r46的第二端、第四十五电阻r45的第一端以及第一稳压管zd1的阴极共接，第四十五电阻r45的第二端接入电源信号，第六电位器p6的第二端与第四十七电阻r47的第一端连接，第四十七电阻r47的第二端和第一稳压管zd1的阳极共接于地，第四十八电阻r48的第一端连接地，第四十八电阻r48的第二端和第五十电阻r50的第一端共接至第七比较器a7的反相输入端，第七比较器a7的输出端与第五十一电阻r51的第一端连接，第五十一电阻r51的第二端和第五十二电阻r52的第一端连接，第五十二电阻r52的第二端和第五十电阻r50的第二端共接构成输出偏置模块50的输出端。本实施例的输出偏置模块50实现了将积分对称信号转换为标准信号，可以满足不同的控制系统的需求。

此外，还提供了一种用电设备，包括上述的比例积分调节电路。

下面以图4为例对本发明的比例积分调节电路的工作原理进行说明，详述如下：

第一比较器a1的同相输入端接入正向输入信号，设为e1，第二比较器a2的同相输入端接入反向输入信号，设为e2，经过第一比较器a1和第二比较器a2的比较运算以生成偏差信号，设为e，此时e＝e1-e2；该偏差信号e经过第七电容c7输入到第三比较器a3的同相输入端，通过比例运算模块20的第一输入端input4接入电压信号，并经过第二十电阻r20、第二十一电阻r21、第二十二电阻r22以及第二电位器p2可对偏差信号e进行比例调节，从而使第三比较器a3的输出端输出偏差调节信号；该偏差调节信号通过第一场效应管q1输入到第四比较器a4的同相输入端，并且通过第四电位器p4、第二十七电阻r27、第二十八电阻r28、第二十九电阻r29以及第四电容c4可对积分时间常数进行调节，使第四比较器a4的输出端输出积分对称信号；当该积分对称信号不低于最小阈值电压并且不高于最大阈值电压时，直接输出以供外部系统使用；当该积分对称信号高于最大阈值电压时，该积分对称信号输入到第五比较器a5的同相输入端，第五比较器a5的反相输入端接入最大阈值电压，并且接入的电源信号通过第二二极管d2稳压和第五电位器p5调节后输入到第五比较器a5的反相输入端，从而使第一二极管d1导通，进而将积分对称信号钳位在最大阈值电压以下；当该积分对称信号低于最小阈值电压时，该积分对称信号输入到第六比较器a6的同相输入端，第六比较器a6的反相输入端接入最小阈值电压，并且接入的电源信号通过第二二极管d2稳压和第五电位器p5调节后输入到第六比较器a6的反相输入端，从而使第三二极管d3导通，进而将积分对称信号钳位在最小阈值电压以上。

当外部系统需要的是标准信号时，该积分对称信号可以通过输入到第七比较器a7的同相输入端，并且通过接入电源信号并经过第一稳压管zd1和第六电位器p6进行电位调节得到一个固定电压信号，第七比较器a7将积分对称信号和固定电压信号相加可将积分对称信号转换为标准信号进行输出。

在实际的应用中，如正向输入信号input1和反向输入信号input2可以为手动输入的调节信号，外部参数信号input9、input10可以为传感器输出的信号，比例积分调节电路根据手动输入的调节信号和传感器输出的信号生成积分对称信号，以对自动控制系统进行控制。比如，在暖通自动控制系统中，正向输入信号input1和反向输入信号input2可以为开关按钮输入的调节温度，外部参数信号input9、input10可以为温度传感器输出的温度，该比例积分调节电路根据开关按钮输入的调节温度和温度传感器输出的温度生成积分对称信号，以对暖通自动控制系统进行控制。

本发明的有益效果：

(1)通过偏压输入模块接入正向输入信号和反向输入信号以生成偏差信号，使比例运算模块对偏差信号进行比例运算以生成偏差调节信号，从而使积分运算模块对偏差调节信号进行积分运算以生成积分对称信号，同时还设置了限幅模块根据阈值电压对积分对称信号钳位在设定区间内，可以输入两个阈值，从而可以实现从设定值的两端开始积分调节，避免了单端调节只能从设定的参考点开始积分，提高了自动控制调节的灵活性。

(2)通过输出偏置模块实现了将积分对称信号转换为标准信号，可以满足不同的控制系统的需求。

(3)该比例积分电路结构简单、集成度高，使得电路反应灵敏，能够保证设备安全稳定运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。